地效翼船主浮舟疲劳寿命预测方法及提高主浮舟疲劳强度方法的探讨

本文应用随机疲劳损伤累积理论及断裂力学方法，对地效翼船主浮舟着水时，结构在随机砰击外载荷作用下，主浮舟主要受力区域进行疲劳强度计算，针对地效翼船典型铆接部件进行疲劳强度实验，结合计算和实验数据得出结构使用寿命。同时还分析了铆接件的实际强度只有无铆接整体强度的70％—80％左右，因此信天翁地效翼船的实际强度并不是很大，可减轻重量裕度也是不多的。     

随机疲劳试验载荷谱的一种最优模拟的原理与实验

本文在响应随机过程与目标随机过程之间的误差方差最小意义下，建立了载荷谱的最优模拟原理。实验表明，这种原理行之有效。     

受腐蚀混凝土结构的随机腐蚀损伤

在一些特殊环境（如海洋、化工环境）下，由于环境中存在的大量腐蚀性介质（如氯离子），将对在服役结构造成一定的腐蚀损伤，进而影响结构的安全性和耐久性。本文基于实际受腐蚀结构的检测研究，采用随机理论，建立了受腐蚀结构的随机腐蚀损伤模型，以便进一步的可靠性评估及剩余寿命预测。     

金属疲劳裂纹扩展率曲线与S-N曲线之间的关系

目前有两种不同的理论用于预报金属结构的疲劳寿命。一种是基于S－N曲线的累积疲劳损伤理论，另一种是基于裂纹扩展率曲线的疲劳裂纹扩展理论，如果都把一个构件的最终断裂作为疲劳破坏的定义，则S－N曲线和裂纹扩展率曲线均是反映金属在疲劳载荷作用下的基本材料特性。尽管在过去这两种曲线是分别测试的，但它们之间应该存在一些相互关系。本文的主要目的就是讨论它们之间的关系。基于S－N曲线的一个一般表达式和裂纹扩展率曲线的一个有代表性的表达式，本文建立了两种曲线之间的一个正式关系，这表明只需要测试一种曲线，而另一种曲线就可以根据已有的试验结果导出。文章以一个中央裂纹平板作为例子，演示了如何根据一种曲线推导另一种曲线。     

基于损伤力学和XFEM的舰船蒸汽轮机叶片裂纹扩展研究

叶片作为舰船汽轮机的核心零部件,其在复杂工况下的低周疲劳寿命一直是备受关注的问题。传统的寿命预测方法大多是基于经验公式进行求解,没有考虑损伤累积对材料固有属性的影响,也没有对裂纹萌生和扩展过程进行全面的分析。文章以损伤力学的基本理论为基础,考虑叶片实际非对称循环的工作状态,引入平均应力的概念,推导叶片低周疲劳寿命的计算公式以及损伤随循环次数变化关系的表达式。同时基于有限元分析软件ABAQUS,使用XFEM方法模拟叶片裂纹扩展并进行低周疲劳寿命分析,并与所给出的理论计算结果进行对比。结果表明,所建立的基于损伤力学的低周疲劳寿命计算结果与基于扩展有限元的裂纹扩展模拟结果吻合较好,其对于舰船汽轮机叶片等工程结构的寿命预测具有一定价值。     

用现有疲劳试验数据确定疲劳裂纹扩展率

疲劳寿命的预报在船舶与海洋工程领域中相当重要，但其关键问题是要找到一种较科学的疲劳寿命预报方法。最近，本文第二作者提出了一种海洋结构物疲劳寿命预报的统一方法。该方法是基于疲劳裂纹扩展理论而发展起来的，在其九个参数模型的假设之下，能够较好地解释一些其它方法所不能解释的现象。采用该方法的主要障碍在于需要确定疲劳裂纹扩展率。作者通过对不同的疲劳裂纹扩展率的比较研究，并推广McEvily模型后，提出了一个具有较宽适用范围的九个参数疲劳裂纹扩展率模型(从门槛域一直到不稳定断裂域)。本文的主要目的是解决如何根据一些现有的疲劳试验数据来确定这九个模型参数的问题。文中给出了通过实验数据确定裂纹扩展率模型中各个参数的方法，并进行了模型参数的灵敏度分析。通过对文献中一些试验数据的收集，给出了几种常用金属材料的裂纹扩展率模型参数。     

基于损伤力学-有限元法的大跨度钢桥梁构件疲劳损伤累积分析

采用损伤力学-有限元全耦合方法分析桥梁焊接构件内的疲劳损伤累积过程,具有明确的物理意义.首先介绍了耦合疲劳损伤分析的基本方法,建立了全耦合疲劳损伤分析的有限元方法过程,并将分析方法和过程嵌入大型通用有限元软件ABAQUS的用户接口里,便于对实际工程结构疲劳损伤累积过程进行分析.采用全耦合疲劳损伤分析方法,对青马大桥关键焊接构件进行疲劳损伤累积分析,结果表明:关键焊接构件疲劳损伤的累积过程具有局部性;疲劳损伤场与应力场之间存在着相互作用;广泛采用的线性米勒准则用于疲劳寿命评估是偏于安全的.这种偏于安全的误差,用于结构的疲劳设计是合适的,但对于在役结构疲劳损伤累积的准确砰估却是不利的.该方法为桥梁结构基于有限元热点应力分析和损伤力学理论进行局部疲劳损伤累积的准确评估提供了可行的方法和理论基础.     

用裂纹扩展随机模型估算潜艇耐压壳体的疲劳寿命

用Paris公式预测以时间为函数的疲劳裂纹扩展，要考虑很多不确定因素，问题十分复杂。本文引用了考虑裂纹尺寸变异性的裂纹扩展随机模型，估算了潜艇的耐压壳体在不同循环次数下疲劳热点的疲劳寿命，并将结果与使用建立极限状态方程的一阶二次矩法估算的疲劳寿命进行了比较和分析。     

功率谱密度法的随机疲劳试验研究

本文讨论了随机疲劳载荷谱的设计和修正,随机疲劳试验的过程,实测随机数据的采集、计数和统计分析。介绍了功率谱密度法随机疲劳试验的实施。该方法包含的载荷成分比较全面,载荷的分布规律更接近于实际,其分析结果对预估疲劳寿命有更高的精度。     

450MPa级船体钢焊缝疲劳试验研究

通过对450MPa级船体用钢母体试件、焊缝试件在波浪随机载荷和均方根等效载荷下的疲劳裂纹扩展规律的试验和模拟计算，结果表明用均方根等效载荷替代波浪随机载荷下的疲劳裂纹扩展规律是一种安全有效的方法，并且焊缝金属在抵御疲劳裂纹扩展方面优于母材金属。     

渤海简易独腿导管架节点全周期疲劳分析

为解决冰区导管架节点存在的冰激与波浪荷载联合疲劳作用问题,采用美国石油学会的简化疲劳分析方法确定受波浪影响较大的节点及其所受荷载的方向,利用SACS软件对这些节点的波浪详细谱疲劳进行分析.针对冰激荷载,考虑到不同冰速下结构物的动力响应差异,分别利用ANSYS软件的瞬态分析和谱分析方法对节点的稳态冰振和随机冰振疲劳影响进行分析,进而通过线性损伤波理论对各工况下的节点疲劳损伤进行叠加,完成全周期的疲劳分析.结果表明,冰激对节点疲劳的影响较大,虽然存在冰激影响的有效冰期仅占平台服役周期的12.3％,但疲劳影响达到73.4％.     

潜艇结构锥柱结合壳损伤容限研究

损伤容限与耐久性的结合体现了现代潜艇结构延长寿命、提高可靠性和降低维修成本的综合要求.损伤容限分析的关键问题是正确估算剩余寿命.本文以断裂力学为理论基础,通过对带有初始裂纹的潜艇典型焊接节点模型的剩余寿命有限元分析,将计算结果和试验结果相比较,考核剩余寿命有限元分析方法的可靠性,从而对有初始缺陷或裂纹的疲劳热点区域--潜艇锥柱结合壳进行剩余寿命有限元估算,在此基础上进行潜艇锥柱结合壳损伤容限研究.并对具有不同尺寸的初始裂纹结构的剩余寿命进行有限元分析,确定潜艇在交付使用和检修时的损伤容限尺寸.     

基于改进T-B法的宽带高斯过程疲劳损伤分析

针对宽带高斯随机应力过程造成的疲劳损伤问题,本文提出一种基于改进Tovo-Benasciutti(T-B)法的疲劳损伤频域分析方法。通过不同参数形式的功率谱进行时域的疲劳损伤分析,针对T-B法中的关键参数bTB提出一个新的非线性函数模型。与原T-B法相比,新提出的函数模型bMTB可以考虑S-N曲线斜率参数m的影响,并以此为基础提出基于改进T-B法的疲劳损伤分析方法。以时域的雨流计数法结果作为基准,分别采用参数化功率谱和真实响应谱进行数值试验,并与现有的多种宽带高斯疲劳损伤分析方法进行对比,验证本文所提出的改进T-B法的准确性和适用性。     

基于材料韧性的柴油机曲轴疲劳损伤研究

运用基于能量法原理的韧性耗散理论对柴油机曲轴的疲劳损伤规律进行研究,对材料韧性耗散的数学模型进行分析推演,定义了疲劳损伤变量并推导出韧性随疲劳变化的一般损伤演化方程,建立了一种多级载荷条件下能够考虑疲劳损伤全过程的非线性损伤累积模型,最后应用已有实验数据对该模型进行对比分析评估.将一般性模型具体化为能很好描述舰船柴油机曲轴(42CrMo)的累积损伤规律的算法模型,该模型为探讨柴油机疲劳可靠性提供了理论和方法基础.     

基于累计损伤方法的模块连接点结构疲劳评估

为保障浮式储存再气化装置（Floating Storage and Re-gasification Unit,FSRU）的安全，基于有限元分析方法，对FSRU加装的动力模块与船体支撑构件连接处的节点进行疲劳热点筛选，并使用Palmgren-Miner方法对疲劳热点进行疲劳累计损伤计算。结果表明：连接节点的疲劳寿命满足要求。研究成果可为FSRU结构疲劳评估提供一定参考。     

大型散货船结构节点疲劳寿命的分析计算

根据应力幅长期分布的Ｗｅｉｂｕｌｌ分布假设及结构材料疲劳的Ｓ－Ｎ曲线和线性累积损伤Ｍｉｎｅｒ准则，使用数值分析与解析相结合的混合法对３４０００ＤＷＴ大潮型散货船结构进行了分析计算，结果令人满意，证实本文介绍的方法解决船体结构在疲劳载荷作用下疲劳寿命估算的实用方法。     

结构构件疲劳损伤累积的可靠性分析

在目前在船舶与海洋工程结构疲劳可靠性分析中所采用的Ｗｉｒｓｃｈｉｎｇ模型进行了较系统的分析，指出了该模型待改进的主要问题。然后，基于二维概率ＭＩＮＥＲ准则，建立了在变幅载荷谱或随机时间历程载荷谱给定的条件下，对结构构件的疲劳损伤累积进行可靠性分析的新模型。     

大型集装箱船舱口角隅高低周复合疲劳寿命预报方法研究

大型集装箱船遭遇高海况时，舱口角隅处应力水平可能接近甚至超过材料屈服极限，因此循环极端载荷作用下的舱口角隅疲劳损伤可视为高低周复合疲劳问题。本文采用一种高低周复合疲劳寿命预报模型对某大型集装箱船的舱口角隅进行疲劳寿命预报。首先建立全船有限元模型和水动力模型，给出不同浪向角及波浪频率下舱口角隅节点的热点应力传递函数，然后采用北大西洋波浪散布图得到节点的应力范围，对其中超过80%屈服应力的海况，通过Neuber公式求出角隅节点的弹塑性循环应力应变幅，最后采用复合疲劳模型计算得到舱口角隅的高低周复合疲劳寿命。与采用谱分析方法预报的疲劳寿命进行对比后的结果显示，高海况导致舱口角隅发生的低周疲劳损伤不可忽略，应采用高低周复合疲劳评估方法对其进行寿命预报。本文工作可为船体结构疲劳寿命的准确预报提供参考。     

切口节点疲劳试验及损伤演化仿真研究

针对经常出现切口的船体结构节点连接处这一疲劳严重部位设计了一种切口试件。采用试验和数值计算方法研究切口节点在恒幅(CA)疲劳载荷下的疲劳特性。首先进行切口试件系列疲劳试验得到典型工况下的疲劳寿命值;然后引入基于损伤力学理论建立疲劳损伤演化模型,推导模型的迭代公式,采用非线性拟合方法拟合试验数据,得到损伤演化模型的相关参数;最后采用用户子程序技术建立疲劳损伤与单元刚度耦合算法进行有限元分析并将仿真结果与试验得到的疲劳寿命进行对比。结果表明:采用损伤-刚度耦合的仿真方法的分析结果与试验结果符合较好。     

考虑塑性损伤的船体裂纹板低周疲劳裂纹扩展行为研究

船舶结构的扩展断裂失效往往是低周疲劳破坏和累积递增塑性破坏耦合作用的结果,疲劳裂纹的扩展就是裂纹尖端前缘材料刚度不断降低延展性不断耗失而逐渐分离的结果.基于弹塑性断裂力学理论,文章提出了考虑累积塑性损伤的低周疲劳裂纹扩展速率预测模型.通过低周疲劳裂纹扩展试验拟合出模型相关材料参数并验证预测模型的合理性.通过系列有限元计算对平均应力及应力幅值的影响因素进行了数值分析.该模型的计算结果与已有实验结果基本吻合;对合理预估船体裂纹板的常幅低周疲劳裂纹扩展寿命有重要意义.